Chng 3: thit k múng cc Móng cọc (cọc chế tạo sẵn rồi hạ vào đất bằng đóng, rung ép, ép, khoan thả hoặc cọc chế tạo trong lỗ tạo sẵn bằng cách nhồi bê tông, th-ờng gọi chung là cọc nhồi) là giải pháp -a dùng trong xây dựng công trình có tải trọng lớn trên nền đất yếu. Việc lựa chọn cọc chế tạo sẵn (cọc gỗ, bê tông cốt thép hoặc thép) hay cọc nhồi là căn cứ vào các điều kiện cụ thể chủ yếu sau đây để quyết định: Đặc điểm công trình; Độ lớn của các loại tải trọng; Điều kiện địa chất công trình và địa chất thuỷ văn; Yêu cầu của môi tr-ờng (rung động và tiếng ồn, đất n-ớc thải); ảnh h-ởng đến công trình lân cận và công trình ngầm; Khả năng thi công của nhà thầu; Tiến độ thi công và thời gian hoàn thành của chủ đầu t-; Khả năng kinh tế của chủ đầu t-; V v Có thể tham khảo theo kinh nghiệm trình bày ở bảng 6.14. Bảng 6.14. Lựa chọn loại cọc Cọc đóng Loại cọc Tình hình Cọc ép Bê tông Thép Cọc nhồi Kích th-ớc cọc và tải trọng cho phép Đ-ờng kính (cm) Độ sâu (m) Tải trọng cho phép (tấn) 20-30 15-20 20-40 30-55 20-40 50-120 50-80 25-150 100- 170 80-120 40-60 150- 700 Ph-ơng thức chịu lực của cọc Chống mũi Mũi + ma sát Ma sát 0 0 0 0 0 0 0 0 0 x Độ sâu lớp đất chịu lực Đến 10 m 10-20 m 20-30 m 30-60 m 0 0 x 0 0 0 0 0 0 0 0 Lớp đất xen kẹp dày hơn 5 m Sét N = 4-10 N = 10-20 Cát pha N = 15-30 N = 30-50 N 50 Cát rời Cuội sỏi: d 10 cm 10-30 cm d 30 cm x 0 x 0 x x x 0 x 0 x 0 x x 0 0 0 0 0 0 x 0 0 0 0 0 0 0 N-ớc ngầm Không hạ đ-ợc mực n-ớc Tốc độ 0,3m/s 0 0 0 0 0 0 0 x ảnh h-ởng đến môi tr-ờng ồn và rung động Xây dựng trên n-ớc Gần công trình lân cận Diện tích chật hẹp 0 0 0 0 x 0 x x 0 0 Chú thích: 0 - Thích hợp trong sử dụng; - Cần nghiên cứu tr-ớc khi sử dụng; x - Nói chung là không thích hợp; N - Chỉ số xuyên tiêu chuẩn. 3.1. Cọc chế tạo sẵn Các công đoạn cần giám sát kỹ đối với cọc chế tạo sẵn (ở đây chủ yếu nói về cọc BTCT) gồm có: Giai đoạn sản xuất cọc (vật liệu và kích th-ớc hình học); Giai đoạn tháo khuôn, xếp kho, vận chuyển; Chọn búa đóng cọc/hạ cọc; Trình tự đóng/hạ cọc; Tiêu chuẩn dừng đóng/hạ; Chấn động và tiếng ồn; Nghiệm thu công tác đóng/hạ cọc. D-ới đây sẽ trình bày ngắn gọn một số yêu cầu chính trong các giai đoạn nói trên. 3.1.1. Giai đoạn sản xuất - Trong sản xuất cọc BTCT, cần chú ý: - Khống chế đ-ờng kính d max của cốt liệu (d max = 1:3 đến 1: 2,5 a thép ); - Cốt liệu (cát+sỏi) không có tính xâm thực và phản ứng kiềm silic; - L-ợng dùng ximăng 300kg/m 3 , nh-ng không v-ợt quá 500kg/m 3 ; - Độ sụt của bê tông 8-18 cm (cố gắng dùng bê tông khô); - Dùng phụ gia với liều l-ợng thích hợp. Chú thích : 1) L-ợng dùng xi măng ( theo tiêu chuẩn Mỹ ACI, 543, 1980) - Trong môi tr-ờng bình th-ờng 335 kg/m 3 ; - Trong môi tr-ờng n-ớc biển 390 kg/m 3 ; - Đổ bê tông d-ới n-ớc ( cọc nhồi ) 335 - 446 kg/m 3 ; 2) Độ sụt của hỗn hợp bê tông ( theo tiêu chuẩn vừa nêu ) - Đúc tại chỗ ( cọc nhồi ) không có n-ớc : 75 - 100mm; - Đúc sẵn : 0 - 75 mm; - Đổ bê tông d-ới n-ớc : 150 - 200 mm. Các kiểm tra cốt liệu và ximăng theo nh- tiêu chuẩn kết cấu bê tông cốt thép. Sai số về trọng l-ợng các thành phần của hỗn hợp bê tông không v-ợt quá các giá trị sau đây: Ximăng : 2%; Cốt liệu thô : 3%; N-ớc+dung dịch phụ gia : 2%; Hồ sơ nghiệm thu cho cọc BTCT gồm: Bản vẽ kết cấu cọc; Phiếu kiểm tra vật liệu cọc; Phiếu nghiệm thu cốt thép; C-ờng độ ép mẫu bê tông; Ph-ơng pháp d-ỡng hộ; Phiếu kiểm tra kích th-ớc cọc (tham khảo bảng 7.15). Chất l-ợng mặt ngoài cọc phải phù hợp yêu cầu: - Mặt cọc bằng phẳng, chắc đặc, độ sâu bị sứt ở góc không quá 10 mm; - Độ sâu vết nứt của bê tông do co ngót không quá 20mm, rộng không quá 0,5mm; - Tổng diện tích mất mát do lẹm/sứt góc và rỗ tổ ong không đ-ợc quá 5% tổng diện tích bề mặt cọc và không quá tập trung; - Đầu và mũi cọc không đ-ợc rỗ, ghồ ghề, nứt/sứt. Chất l-ợng cọc tr-ớc khi đóng cần kiểm tra gồm có việc xác định độ đồng nhất và c-ờng độ bê tông (siêu âm + súng bật nẩy theo một số tiêu chuẩn hiện hành nh- 20TCN: 87, TCXD171: 1987, và TCXD 225: 1998), vị trí cốt thép trong cọc (cảm ứng điện từ); kích th-ớc cọc ở đầu và mũi. Tỷ lệ % số cọc cần kiểm tra do t- vấn giám sát và thiết kế quyết định trên cơ sở công nghệ chế tạo và trình độ thành thạo nghề của nhà thầu. Bảng 6.15 Độ sai lệch cho phép về kích th-ớc cọc (TCXD 286:2003) TT Kích th-ớc cấu tạo Độ sai lệch cho phép 1 Chiều dài đoạn cọc 10 m 30 mm 2 Kích th-ớc cạnh 5 mm 3 Chiều dài mũi cọc 30 mm 4 Độ cong của cọc 10 mm 5 Độ võng của đoạn cọc 1% chiều dài đốt cọc 6 Độ lệch mũi khỏi tâm 10 mm 7 Góc nghiêng của mặt đầu cọc với mặt thẳng góc với trục cọc: + cọc tiết diện đa giác + cọc tròn Nghiêng 1% Nghiêng 0.5% 8 Khoảng cách từ tâm móc treo đến đầu đoạn cọc 50 mm 9 Độ lệch của móc treo so với trục cọc 20 mm 10 Chiều dày lớp bảo vệ bê tông 5 mm 11 B-ớc xoắn thép đai 10 mm 12 Khoảng cách giữa các thanh cốt thép chủ 10 mm 13 Đ-ờng kính cọc rỗng 5 mm 14 Chiều dày thành lỗ 5 mm 15 Kích th-ớc lỗ rỗng so với tim cọc 5 mm 3.1.2. - Giai đoạn tháo khuôn, xếp kho, vận chuyển Những h- hỏng có thể xẩy ra ở giai đoạn này th-ờng gặp là: - Vận chuyển, xếp kho khi c-ờng độ bê tông ch-a đạt 70% c-ờng độ thiết kế; - Cẩu móc không nhẹ nhàng, vị trí và số l-ợng các móc thép để cẩu làm không đúng theo thiết kế quy định. Để tránh hỏng gẫy cọc, thông th-ờng dùng 2 móc cho cọc dài d-ới 20 m và 3 móc cho cọc dài 20 - 30m. Tuỳ thuộc vào cách đặt móc cẩu mà nội lực sẽ đ-ợc tính toán t-ơng ứng theo nguyên tắc sau: Khi số móc trên cọc ít hơn hoặc bằng 3 thì vị trí của móc xác định theo sự cân bằng của mô men âm (hình 7.5) còn nếu số móc lớn hơn 3 thì vị trí của móc xác định theo sự cân bằng phản lực (hình 7.6). Những kiểm toán nói trên phải đ-ợc thông hiểu giữa ng-ời thiết kế và thi công để tránh nứt hoặc gẫy cọc tr-ớc khi đóng. Điều này càng đặc biệt quan trọng khi chúng ta dùng cọc bê tông cốt thép dài trên 30 m hay cọc BTCT ứng suất tr-ớc. 3.1.3. Chọn búa đóng cọc Một số nguyên tắc chung trong chọn búa: - Bảo đảm cọc xuyên qua tầng đất dày (kể cả tầng cứng xen kẹp) có mũi vào đ-ợc lớp chịu lực (cọc chống), đạt đến độ sâu thiết kế; - ứng suất do va đập gây ra trong cọc (ứng suất xung kích) phải nhỏ hơn c-ờng độ của vật liệu cọc, ứng suất kéo do va đập nhỏ hơn c-ờng độ chống kéo của bê tông thông th-ờng, còn trong cọc BTCT ứng suất tr-ớc nhỏ hơn tổng c-ờng độ chống kéo của bê tông và trị ứng suất tr-ớc; - Khống chế thoả đáng tổng số nhát búa + thời gian đóng (chống mỏi và giảm hiệu quả đóng); - Độ xuyên vào đất của một nhát búa không nên quá nhỏ: búa diezen -1 2 mm/nhát và búa hơi 23 mm/nhát (đề phòng hỏng búa + máy đóng). Căn cứ để chọn búa đóng: - Theo trọng l-ợng cọc (trọng l-ợng búa trọng l-ợng cọc); - Theo lực xung kích của búa (lực xung kích lực chống xuyên); - Theo ph-ơng trình truyền sóng ứng suất; - Theo cách khống chế độ cứng (theo ph-ơng trình viphân bậc 3 về truyền sóng ứng suất); - Theo ph-ơng pháp đồ giải kinh nghiệm để chọn búa thuỷ lực cho thi công cọc ống thép; - Theo ph-ơng pháp kinh nghiệm so sánh tổng hợp. 3.1.4. Mối nối cọc và mũi cọc Mối nối giữa các đoạn cọc chế tạo sẵn (BTCT, gỗ, thép ) có ý nghĩa rất quyết định khi dùng cọc dài. Về ph-ơng diện chịu lực, mối nối có thể chịu lực nén và cũng có khả năng xuất hiện lực nhổ, mô men và lực cắt. Khi đóng thì mối nối vừa chịu lực nén vừa chịu lực nhổ. Đối với cọc bê tông cốt thép thông th-ờng các liên kết giữa đoạn cọc đ-ợc thực hiện bằng: Hàn qua mặt bích + thép góc; Hàn qua thép bản phủ kín mặt bích; Liên kết bằng chốt nêm đóng; Liên kết bằng chốt xỏ kiểu âm d-ơng + đổ vữa. Đối với cọc BTCT tròn, rỗng có thể liên kết bằng mối nối hàn hoặc nối bằng bulông. Tại các n-ớc có nền công nghiệp phát triển cao ng-ời ta dùng kiểu mối nối chế tạo cơ khí khá chính xác, rút ngắn việc ngừng chờ lúc hạ cọc và có đ-ợc cây cọc dài với mối nối chắc chắn làm cho cọc chịu tải với độ tin cậy cao. Một số kiểu mối nối vừa nêu có thể tìm thấy trong nhiều tài liệu chuyên khảo, ở đây chỉ nêu một số loại tiêu biểu ( xem hình 7.7 - hình 7.9). Về mũi cọc (hình 7.10) tuỳ theo điều kiện địa chất công trình và ph-ơng thức chịu lực của cọc mà mũi sẽ có cấu tạo khác nhau. Khi cọc đóng vào nền đất mềm thì có thể dùng đầu cọc bằng phẳng; khi đóng vào lớp đất cứng, vào lớp đá phong hoá bở rời hoặc mũi cọc có thể chống vào lớp đất đá có thế nằm nghiêng, cọc của các cầu lớn, để đảm bảo sức chịu tải cũng nh- ổn định của cọc phải cấu tạo mũi cọc một cách cẩn thận, đúng tâm để cọc không bị lệch h-ớng khi đóng/hạ vào trong đất. Những chi tiết cấu tạo và thiết kế mối nối và mũi cọc có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật trong công trình móng cọc nói chung và cũng là những điều kiện dễ bị xem th-ờng của ng-òi thiết kế lẫn ng-ời thi công. 3.1.5. Trình tự đóng cọc Trình tự đóng/hạ cọc trong công nghệ thi công móng cọc cần dựa vào các yếu tố sau đây để quyết định: Điều kiện hiện tr-ờng và môi tr-ờng; Vị trí và diện tích vùng đóng cọc; Công trình lân cận và tuyến đ-ờng ống ngầm; Tính chất đất nền; Kích th-ớc cọc, khoảng cách, vị trí, số l-ợng, chiều dài cọc; Thiết bị dùng để đóng/hạ cọc; Số l-ợng đài cọc và yêu cầu sử dụng. Việc lựa chọn cách đóng nào cần phải có sự phân tích tỷ mỷ trong từng tr-ờng hợp cụ thể theo các yếu tố nêu trên. Thông th-ờng, nguyên tắc để xác định trình tự đóng cọc là: (1)Căn cứ vào mật độ của cọc và điều kiện xung quanh: Chia khu để nghiên cứu trình tự đóng; Chia 2 h-ớng đối xứng, từ giữa đóng ra; Chia 4 h-ớng từ giữa đóng ra; Đóng theo 1 h-ớng. (2)Căn cứ độ cao thiết kế của móng: Móng sâu hơn - đóng tr-ớc, nông hơn - đóng sau; (3)Căn cứ quy cách cọc: Cọc lớn - đóng tr-ớc, cọc nhỏ - đóng sau; cọc dài - đóng tr-ớc, cọc ngắn - đóng sau; (4)Căn cứ tình hình phân bố cọc: Cọc trong nhóm - đóng tr-ớc, cọc đơn - đóng sau; (5)Căn cứ yêu cầu độ chính xác lúc đóng: Độ chính xác thấp - đóng tr-ớc, độ chính xác cao - đóng sau. 3.1.6. Tiêu chuẩn dừng đóng cọc Xác định tiêu chuẩn dừng đóng cọc theo yêu cầu thiết kế là vấn đề quan trọng vì nó có ý nghĩa rất lớn về kinh tế và kỹ thuật. Hai dấu hiệu để khống chế dừng đóng là: theo độ sâu mũi cọc quy định trong thiết kế và theo độ xuyên cuối cùng của cọc vào đất (có khi còn gọi là theo độ chối). Có nhiều nhân tố ảnh h-ởng đến hai dấu hiệu nói trên và có khi mâu thuẫn nhau. Tiêu chuẩn khống chế việc dừng đóng cọc nên quy định nh- sau: (1)Nếu mũi cọc đặt vào tầng đất thông th-ờng thì độ sâu thiết kế làm tiêu chuẩn chính còn độ xuyên thì dùng để tham khảo; (2)Nếu mũi cọc đặt vào lớp đất cát từ chặt vừa trở lên thì lấy độ xuyên sâu làm tiêu chuẩn chính còn độ sâu cọc - tham khảo; (3)Khi độ xuyên đã đạt yêu cầu nh-ng cọc ch-a đạt đến độ sâu thiết kế thì nên đóng tiếp 3 đợt, mỗi đợt 10 nhát với độ xuyên của 10 nhát này không đ-ợc lớn hơn độ xuyên quy định của thiết kế; (4)Khi cần thiết dùng cách đóng thử để xác định độ xuyên khống chế. Tham khảo kinh nghiệm của Trung Quốc ở bảng 6.16. Bảng 6.16. Kiến nghị về tiêu chuẩn khống chế dừng đóng cọc (kinh nghiệm Trung Quốc) Loại cọc Cọc BTCT rỗng Cọc BTCT đặc Kích th-ớc cọc (cm) Mũi kín Mũi hở Mũi kín Mũi hở 40x4 0 45x4 5 50x5 0 50x5 0 Đất ở mũi cọc (trị số N) Đất cát (30- 50) Đất sét cứng (20- 25) Đất cát (30- 50) Đất sét cứng (20- 25) Đất sét cứng (20-25) Đất cát (30- 50) Điêze n 20-25 cấp 30-40 cấp 30 cấp 30-35 cấp 35- 45 cấp 40- 45 cấp Loại búa Hơi 4-7 T 7-10 T 7 T 7-10 T 10 T 10 T Trị số khống chế tổng số nhát đóng 2000 -2500 1500 -2000 Số nhát đóng khống chế ở 5 m cuối cùng 700 -800 500 -600 Trị số độ Đieze n 2 - 3mm/nhát 2 - 3mm/nhát [...]... lệch cho phép Loại cọc Hạng mục kiểm tra (mm) Cọc BTCT Cọc phía trên có dầm móng: đúc sẵn, cọc - H-ớng vuông góc với trục 100 ống thép, cọc dầm 150 gỗ - H-ớng song song với trục dầm 100 - Cọc trong nhóm 1-2 chiếc 1/2 đ-ờng kính cọc hoặc cọc trong hàng cọc (hoặc cạnh cọc) - Cọc trong móng có 3- 20 cọc 1/2 đ-ờng kính (hoặc Cọc trong móng có trên 20 cạnh cọc) cọc: 1 đ-ờng kính (hoặc - Cọc ở mép ngoài cạnh... (6-400) -3 (5Hzđiện tử hành x10 (3Hz200Hz) 100Hz) Máy móc Thiết bị và vận (0,1-1) x10 -3 chính xác hành 0,1- 0,25 sai số Máy tính Thiết bị và vận (3- 250) x10 trung ph-ơng hành Vi xử lý 3 Thiết bị và vận hành Bệnh viện và nơi ctrú Con ng-ời Văn phòng Con ng-ời X-ởng máy (SSTP) (tối đa 30 0Hz) 0,1-1 Con ng-ời Khu dân cCông trình hoặc th-ơng mại ống dẫn Dịch vụ ngầm (10-400) khí hoặc d-ới đất x10 -3 n-ớc 0,15-15... chấn; Đặt vật liệu t-ờng tiêu âm, giảm thanh, đệm lót đầu mũ cọc; V v Bảng 6.17 ảnh h-ởng của dao động đối với các đối t-ợng khác nhau (theo tiêu chuẩn Anh BS 5228 Part 4 1992a) Thông số đo và phạm vi độ nhạy Đối t-ợng quan Ví dụ Chuyển vị Vận tốc Gia tốc (g) tâm (mm) (mm/s) (0,1-5) x10 -3 Ph-ơng Thiết bị và vận (0,25-1) -3 (30 Hztiện thí hành x10 (0,1Hz200Hz) nghiệm 30 Hz) (0,5-8) x10 -3 Cơ sở vi Thiết... sạn, nhà nghỉ, cơ quan hành chính 3 Khu dân c- xen kẽ trong khu vực th-ơng mại, dịch vụ, sản xuất từ 6h18h Thời gian từ 18h22h từ 22h6h 50 45 40 60 55 50 75 70 50 3. 1.9 Một số sự cố th-ờng gặp Khó xuyên và không đạt đ-ợc độ sâu thiết kế quy định; Cọc bị xoay và nghiêng quá lớn; Cọc đóng đến độ sâu thiết kế nh-ng sức chịu tải không đủ; Sự khác biệt dị th-ờng về tài liệu địa chất lúc đóng so với ban... Biến dạng nền lớn dẫn đến tr-ợt cả khối đất; Cọc bị lệch hoặc sai vị trí; V v Những nguyên nhân trên phải đ-ợc phân tích, tìm cách khắc phục, xử lý mới có thể đóng tiếp, có khi phải đóng thử để tìm ra công nghệ và trình tự đóng cọc hợp lý Ví dụ nguyên nhân gây tr-ợt nền có thể là: (1 )Tài liệu điều tra ĐCCT không giống thực tế hoặc sai, làm ng-ời thiết kế không thực hiện hoặc thực hiện sai trong kiểm... động dẫn đến mái đất bị tr-ợt; (3) Không có biện pháp khống chế tốc độ đóng cọc; (4)Xếp cọc ở trên mái dốc hoặc bị đào ở chân dốc , (5 )Trong thời gian đóng cọc, mực n-ớc của sông gần đó bị đột ngột hạ thấp Cách phòng ngừa và xử lý: (1)Điều tra kỹ đất nền, giảm khoảng cách giữa các lỗ khoan thăm dò; (2)Cần kiểm toán ổn định trong thiết kế thi công cọc ở vùng bờ dốc; (3) Giảm ảnh h-ởng chấn động (khoan... tăng tải ở mái dốc; (7)Theo dõi kỹ môi tr-ờng xây dựng: điều kiện thuỷ văn sóng biển, chú ý sự thay đổi mực n-ớc, phòng ngừa việc hạ thấp đột ngột mực n-ớc; (8)Nghiên cứu việc đào hố móng sâu trong khi đóng cọc, kiểm toán ổn định của đất sau khi đóng cọc tr-ớc khi đào móng sâu; (9)Theo dõi đo đạc áp lực n-ớc lỗ rỗng và chuyển vị để khống chế tiến độ đóng cọc 3. 1.10 Nghiệm thu công tác đóng cọc Chất l-ợng...xuyê Hơi n cuối cùng 3 - 4mm/nhát 3 - 4mm/nhát 3. 1.7 Cọc và mặt nền bị đẩy trồi Việc mặt đất bị nâng lên cũng nh- bị chuyển vị ngang khi hạ cọc có khoảng cách giữa chúng quá gần hoặc bố trí qúa dày là nguy cơ th-ờng xảy ra trong thi công Điều đó sẽ gây ra những hhỏng cho cọc nh- là bị nứt hoặc gãy do lực kéo và do áp lực... dày trong đất yếu no n-ớc vì loại đất này không có khả năng bị ép chặt Độ nâng cao mặt đất và chuyển vị ngang trong đất sét no n-ớc chẳng những có quan hệ với khoảng cách giữa các cọc, đ-ờng kính và độ dài của cọc mà còn có quan hệ đến mật độ bố trí cọc Theo kết quả theo dõi và thống kê trong thi công cho thấy nếu Ws < 5% thì độ nguy hiểm về chất l-ợng cọc bé, với Ws tính bằng công thức : Ws = f F Trong. .. hậu quả đáng tiếc, nhất là khi thi công đóng cọc gần công trình đã xây hoặc gần khu dân c- Tiêu chuẩn để khống chế dao động và tiếng ồn do chấn động gây ra đối với ng-ời và công trình có thể tham khảo: Tiêu chuẩn Liên Xô (cũ): Nr 130 4 75 hay CH 2.2.4/2.1.8.562-96; Tiêu chuẩn CHLB Đức: DIN 4150 1986; Tiêu chuẩn Thuỵ Sĩ : SN 64 031 2 1978; Tiêu chuẩn Anh : BS 5228, Part 4 - 1992a (bảng 7.17) Tiêu . 5 43, 1980) - Trong môi tr-ờng bình th-ờng 33 5 kg/m 3 ; - Trong môi tr-ờng n-ớc biển 39 0 kg/m 3 ; - Đổ bê tông d-ới n-ớc ( cọc nhồi ) 33 5 - 446 kg/m 3. cát (30 - 50) Đất sét cứng (20- 25) Đất cát (30 - 50) Đất sét cứng (20- 25) Đất sét cứng (20-25) Đất cát (30 - 50) Điêze n 20-25 cấp 30 -40 cấp 30 cấp 30 -35